2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体电导性

半导体电导性 半导体电导性 玻璃电熔利用熔体的导电性能 钠钙硅玻璃的电导率约为0.3~1.1欧姆-1厘米-1 玻璃中的电流主要由碱金属离子传递。这些离子的迁移能力远比网络形成离子大 碱金属离子既能降低粘度，又能增加电导率，故粘度与电导率间有一定关系： n=常数 n是和熔体组成有关的常数。故可从熔体电导率可得出粘度 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 粘度与组成关系 组成通过改变熔体结构而影响粘度 组成不同，质点间作用力不等，影响粘度的活化能有差别 硅酸盐熔体粘度主要取决于[SiO4]四面体的连接程度，随O/Si比的上升而下降。可从[SiO4]四面体连接程度与组成的关系讨论粘度与组成的关系： 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 (1) SiO2, ZrO2等网络形成体 网络形成体SiO2, ZrO2引入将增加熔体粘度 (2) 碱金属氧化物R2O 提供“自由氧”使O/Si比增加，熔体中硅氧负离子团解聚为较简单结构单元, 使活化能降低，粘度变小 不同碱金属氧化物对粘度的影响程度的大小，还与熔体中的O/Si比有关 O/Si比低时，熔体中硅氧负离子团较大，对粘度起主要作用的是[SiO4]四面体间的键力。R+除提供“游离氧”打断硅氧网络外，还对[SiO4]四面体中的Si-O键有削弱作用：Si-O…R+，O…R+间的键能越大，削弱作用越强，Si-O键越易断裂。Li+的离子电势Z/r最大，故Li+降低粘度的作用最大 降低粘度的作用次序是：Li+＞Na+＞K+＞Rb+＞Cs+ 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 O/Si比高时，由于硅氧负离子团接近孤岛状结构，[SiO4]四面体间主要靠键力连接，键强最大的连接作用最强 降低粘度的作用次序：Cs2O＞Rb2O＞K2O＞Na2O＞Li2O R2O含量对R2O-SiO2系统熔体粘度在1400℃的影响 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 (3) 碱土金属氧化物RO 对硅酸盐熔体的粘度作用较复杂。一方面，与碱金属一样，使阴离子团解聚，引起粘度减小，另一方面，由于键强较大，有可能夺取硅氧阴离子团中的氧来包围自己，使阴离子团“缔合”而增大粘度 综合之，降低粘度的顺序：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+ 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 (4) 三价正离子氧化物B2O3 由于硼氧之间的连接方式不同而有不同的影响 钠硼硅酸盐玻璃中，B2O3含量较小时，硼离子处于[BO4]四面体，使熔体的网络结构紧密，粘度随B2O3含量升高而升高；当 B2O3含量和Na2O含量比为1:1时，粘度随B2O3含量升高达到最高点，随后逐渐下降，原因是较多B2O3的引入，使部分[BO4]四面体变为[BO3]三角体，结构趋向疏松，粘度下降 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 (4) 三价正离子氧化物Al2O3 对粘度的影响很复杂 Al3+配位数在熔体中不固定，可为4或6，一般以[AlO6]八面体存在，但有碱金属或碱土金属氧化物存在时，Al2O3可呈[AlO4]配位而与[SiO4]连成复杂的铝硅氧阴离子团而使粘度迅速增加 [AlO4]四面体形成取决于RO, R2O提供的“自由氧” 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 离子间的相互极化对粘度也有显著影响 极化使离子变形，共价键成分增加，这样将减弱Si-O键力 含18电子层的离子如Zn2+, Pb2+, Cd2+等的玻璃熔体比8电子层的碱土金属离子具有较低的粘度 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 1.电导率与温度关系 熔体电导率随温度升高迅速增加。在一定范围里电导率与温度有下列关系： E-电导活化能 活化能和电导温度曲线在熔体的转变温度范围表现出不连续性。结构疏松的淬火玻璃的电导率比网络结合紧密的退火玻璃大 熔体电导率与温度关系可进一步表示为： =0exp(-AT+BT2+) 材料科学基础-----熔融态与玻璃态 2012年9月 2.电导率与组成关系 熔体的电导率主要取决于网络改变剂种类和数量 碱金属离子，其对电导率作用大小为： Li+>Na